Глубиномер - Depth gauge

Цифровой глубиномер в сочетании с таймером и дисплеем температуры, также называемый «нижний таймер».
Водолаз морской пехоты США с часами для дайвинга и аналоговым глубиномером для отслеживания времени под водой и глубины.

А глубиномер это манометр который отображает эквивалентную глубину в воде. Взаимосвязь между глубиной и давлением является линейной и достаточно точной для большинства практических целей, а для многих целей, таких как ныряние, на самом деле важно давление. Это кусок оборудование для дайвинга использован подводные ныряльщики, подводные лодки и подводные аппараты.

Большинство современных глубиномеров для дайвинга имеют электронный механизм и цифровой дисплей. Более ранние типы использовали механический механизм и аналог дисплей. Цифровые глубиномеры обычно также включают таймер, показывающий интервал времени, в течение которого дайвер находился под водой. Некоторые показывают скорость подъема и спуска дайвера, что может быть полезно, чтобы избежать баротравма. Это также известно как нижний таймер.

Дайвер использует глубиномер с столы декомпрессии и часы избежать декомпрессионная болезнь. Распространенной альтернативой глубиномеру, часам и декомпрессионным таблицам является подводный компьютер, который имеет встроенный глубиномер и отображает текущую глубину как стандартную функцию.

Поскольку манометр измеряет только давление воды, глубина, отображаемая манометрами, которые используются в обоих приборах, имеет неточность. пресная вода и морская вода из-за разницы в плотности пресной и морской воды из-за изменений солености и температуры.

Глубиномер, который измеряет давление воздуха, выходящего из открытого шланга к водолазу, называется пневмофатометр. Обычно они калибруются в метров морской воды или футов морской воды.

История

Опыты 1659 г. Роберт Бойл из Королевское общество были сделаны с помощью барометра под водой и привели к Закон Бойля.[1] Французский физик, математик и изобретатель. Денис Папин опубликовано Recuiel de diverses Pieces touch quelques романы Машины в 1695 г., где он предложил глубиномер для подводная лодка.[2] «Морской манометр» для измерения глубины океана описан в Philosophia Britannica в 1747 г.[3] Но только в 1775 году, когда изобретателем был разработан глубиномер, научный инструмент и производитель часов. Исаак Дулиттл из Нью-Хейвен, Коннектикут, для Дэвид Бушнелл подводная лодка Черепаха, тот был развернут на подводном корабле. К началу девятнадцатого века «глубиномер был стандартной функцией на водолазные колокола ".[4]

Режим работы

С увеличением глубины воды атмосферное давление увеличивается на 1 бар на каждые 10 м. Следовательно, точную глубину можно определить, измерив давление и сравнив его с давлением на поверхности.

Типы

Глубиномер Бойля-Мариотта

В Глубиномер Бойля-Мариотта состоит из прозрачной круглой изогнутой трубки, открытой с одного конца. В нем нет движущихся частей. При нырянии вода попадает в трубку и сжимает внутри воздушный пузырь пропорционально глубине. Край пузыря указывает глубину на масштаб. Для глубины до 10 м этот глубиномер достаточно точен, потому что в этом диапазоне давление увеличивается вдвое с 1 до 2 бар, и поэтому он использует половину шкалы. Этот тип датчика также известен как капиллярный датчик. На большей глубине он становится неточным. С помощью этого глубиномера невозможно записать максимальную глубину, а на точность сильно влияет изменение температуры.

Глубиномер с трубкой Бурдона

Трубка Бурдона

Глубиномер с трубкой Бурдона состоит из изогнутой трубки из эластичного металла, известной как Трубка Бурдона. Давление воды на трубку может быть внутри или снаружи в зависимости от конструкции. Когда давление увеличивается, трубка растягивается, а при уменьшении трубка возвращается к исходной кривизне. Это движение переносится на указатель с помощью системы шестерен или рычагов, и указатель может иметь вспомогательный замыкающий указатель, который перемещается, но не возвращается автоматически вместе с основным указателем, который может отмечать максимальную достигнутую глубину. Точность может быть хорошей. При переносе водолазом эти манометры измеряют перепад давления непосредственно между окружающей водой и герметичным внутренним воздушным пространством манометра, и поэтому на них могут влиять изменения температуры.

Мембранный глубиномер

В мембранный глубиномервода давит на металлическую канистру с гибким концом, который отклоняется пропорционально внешнему давлению. Прогиб мембрана, усиливается рычагом и зубчатым механизмом и передается на указатель указателя, как в анероидный барометр. Указатель может подтолкнуть конечный указатель, который не возвращается сам по себе и указывает максимум. Этот тип датчика может быть довольно точным.

Тензодатчики может использоваться для преобразования давления на мембрану в электрическое сопротивление, которое может быть преобразовано в аналоговый сигнал с помощью Мост Уитстона Этот сигнал может быть обработан для получения сигнала, пропорционального давлению, который может быть оцифрован для дальнейшей обработки и отображения.

Подводный компьютер с отображением глубины

Пьезорезистивные датчики давления

Пьезорезистивные датчики давления используют изменение удельного сопротивления кремния в зависимости от напряжения. Пьезорезистивный датчик состоит из кремниевой диафрагмы, на которую в процессе производства распределяются кремниевые резисторы. Диафрагма прикреплена к кремниевой пластине. Сигнал необходимо скорректировать на колебания температуры.[5] Эти датчики давления обычно используются в подводные компьютеры.[6]

Пневмофатометр

Поставляемая на поверхности газовая панель для одного дайвера:
  • PG: датчик пневмофатометра
  • OPV: предохранительный клапан
  • PS: пневмо демпфер
  • PSV: пневмоклапан подачи
  • DSV: клапан подачи водолаза
  • MP: давление в коллекторе
  • RSV: клапан резервного питания
  • RP: резервное давление
  • MSV: главный клапан подачи
  • SP: давление питания
  • РГС: резервное газоснабжение
  • МГС: магистральное газоснабжение
  • UP: шлангокабель пневмошланг
  • UB: шлангокабель для дыхательного газа
  • DP: глубина измеряется пневмофатометром
Манометр на ручном водолазном насосе Siebe Gorman, показывающий подаваемое давление в фунтах на квадратный дюйм (черный) и в футах морской воды (красный)
Панель поверхностного приточного воздуха с манометрами приточного давления (малые) и пневмофатометрами (большой диаметр). «Пневмолинии» синие.

Пневмофатометр - это глубиномер, который показывает глубину поверхности, на которой водолаз снабжается, путем измерения давления воздуха, подаваемого водолазу. Изначально манометры устанавливались на рукоятке коленчатого вала. воздушный насос водолаза используется для предоставления воздух для дыхания водолазу, носящему стандартное платье для дайвинга, со свободным потоком воздуха, в котором не было большого противодавления, кроме гидростатического давления глубины. Так как обратные клапаны были добавлены в систему в целях безопасности, они увеличили противодавление, которое также увеличилось, когда были введены специальные шлемы, поэтому к шлангокабелю дайвера был добавлен дополнительный шланг малого диаметра, который не имеет дополнительных ограничений и когда через него проходит низкий расход газа он производит пузыри у дайвера, он дает точную, надежную и прочную систему для измерения глубины дайвера, которая до сих пор используется в качестве стандартного оборудования для мониторинга глубины для дайверов с поверхностным подводом. Манометры пневмофатометра устанавливаются на панели подачи дыхательного газа дайвера и активируются с помощью клапана. «Пневмолинию», как ее обычно называют дайверы, можно использовать в качестве аварийного источника воздуха для дыхания, заправив открытый конец в нижнюю часть шлема или полнолицевой маски и открыв клапан, чтобы обеспечить свободный поток воздуха. Игольчатый клапан или отверстие «демпфер манометра» устанавливается между пневмолинией и манометром для уменьшения ударных нагрузок на хрупкий механизм, а клапан избыточного давления защищает манометр от давлений, выходящих за пределы его рабочего диапазона.

Подводный компьютер

Основная статья: Подводный компьютер

Компьютеры для дайвинга имеют встроенный глубиномер с оцифрованный выход, который используется при вычислении тока статус декомпрессии дайвера. Глубина погружения отображается вместе с другими значениями на дисплей и записывается компьютером для непрерывного моделирования модель декомпрессии. Большинство подводных компьютеров содержат пьезорезистивный датчик давления. Редко используются емкостные или индуктивные датчики давления.[нужна цитата ]

Световые глубиномеры в биологии

А глубиномер также может быть основано на свет: The яркость уменьшается с глубиной, но зависит от Погода (например, солнечно или облачно) и время суток. Также цвет зависит от глубины воды.[7][8]

В воде свет ослабевает на каждом длина волны, иначе. В УФ фиолетовая (> 420 нм) и красная (<500 нм) длины волн исчезают перед синим светом (470 нм), который глубже проникает в чистую воду.[9][10] Состав длин волн постоянен для каждой глубины и почти не зависит от времени суток и Погода. Чтобы измерить глубину, животному понадобится два фотопигменты чувствителен к разным длинам волн для сравнения разных диапазонов спектра.[7][8] Такие пигменты могут иметь разные структуры.

Такие разные структуры встречаются в полихета Torrea Candida. Его глаза имеют основной и два аксессуара. сетчатка. Дополнительные сетчатки чувствуют УФ-свет (λМаксимум = 400 нм), а основная сетчатка воспринимает сине-зеленый свет (λМаксимум = 560 нм). Если сравнить свет, воспринимаемый всеми сетчатками, можно оценить глубину, и так для Torrea Candida был предложен такой глубиномер с соотношением хроматических сигналов.[11]

У личинок полихеты обнаружен пропорциональный хроматический глубиномер. Platynereis dumerilii.[12] У личинок две структуры: рабдомерная. фоторецепторные клетки глаз[13] и в глубине мозг цилиарные фоторецепторные клетки. Фоторецепторные клетки ресничек экспрессируют цилиарный опсин,[14] который представляет собой фотопигмент, максимально чувствительный к УФ-свету (λМаксимум = 383 нм).[15] Таким образом, цилиарные фоторецепторные клетки реагируют на УФ-свет и заставляют личинок плавать вниз под действием силы тяжести. В гравитационная ось здесь против фототаксис, что заставляет личинок подплывать к свету, идущему с поверхности.[10] Фототаксис опосредуется рабдомерными глазами.[16][17][12] Глаза выражают не менее трех опсинов (по крайней мере, у более старых личинок),[18] и один из них максимально чувствителен к голубому свету (λМаксимум = 483 нм), чтобы глаза покрывали широкий диапазон длин волн с помощью фототаксиса.[10] Когда фототаксис и гравитаксис выровнялись, личинки нашли желаемую глубину.[12]

Смотрите также

  • Высотомер: Устройство, используемое в геодезия - Техника, профессия и наука определения положения точек, а также расстояний и углов между ними, авиация - Проектирование, разработка, производство, эксплуатация и использование самолетов и горных видов спорта для измерения высоты местности.
  • Батиметрия - Изучение подводной глубины дна озера или океана
  • Глубинное зондирование - Измерение глубины водоема

использованная литература

  1. ^ Джоутхорп, Джон (редактор), Философские транзакции и коллекции на конец года MDCC: сокращенные и размещенные в общих разделах, Вт. INNYS, 1749, Том 2, стр. 3
  2. ^ Manstan, Roy R .; Фрезе Фредерик Дж., Черепаха: Революционный сосуд Дэвида Бушнелла, Ярдли, Пенсильвания: Издательство Вестхолма. ISBN  978-1-59416-105-6. OCLC 369779489, 2010, стр. 37, 121
  3. ^ Мартин, Бенджамин, Philosophia Britannica: Или, Новая и всеобъемлющая система ньютоновской философии, C. Micklewright & Company, 1747, стр. 25
  4. ^ Марстан и Фрезе, стр. 123
  5. ^ "Датчик давления". www.omega.com. 17 апреля 2019 г.. Получено 9 декабря 2019.
  6. ^ «Как измерить абсолютное давление с помощью пьезорезистивных чувствительных элементов» (PDF). www.amsys.info. Получено 9 декабря 2019.
  7. ^ а б Нильссон, Дан-Эрик (31 августа 2009 г.). «Эволюция глаз и визуально управляемое поведение». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 364 (1531): 2833–2847. Дои:10.1098 / rstb.2009.0083. ЧВК  2781862. PMID  19720648.
  8. ^ а б Нильссон, Дан-Эрик (12 апреля 2013 г.). «Эволюция глаза и его функциональная основа». Визуальная неврология. 30 (1–2): 5–20. Дои:10.1017 / S0952523813000035. ЧВК  3632888. PMID  23578808.
  9. ^ Литгоу, Джон Н. (1988). «Свет и зрение в водной среде». Сенсорная биология водных животных. С. 57–82. Дои:10.1007/978-1-4612-3714-3_3. ISBN  978-1-4612-8317-1. Отсутствует или пусто | название = (Помогите)
  10. ^ а б c Гюманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Рандел, Надин; Верасто, Чаба; Безарес-Кальдерон, Луис А .; Michiels, Nico K .; Ёкояма, сёдзо; Жекели, Гаспар (август 2015 г.). «Спектральная настройка фототаксиса го-опсином в рабдомерных глазах платинереи». Текущая биология. 25 (17): 2265–2271. Дои:10.1016 / j.cub.2015.07.017. PMID  26255845.
  11. ^ Уолд, Джордж; Рейпорт, Стивен (24 июня 1977 г.). «Видение у кольчатых червей». Наука. 196 (4297): 1434–1439. Bibcode:1977Наука ... 196.1434W. Дои:10.1126 / science.196.4297.1434. PMID  17776921. S2CID  21808560.
  12. ^ а б c Верасто, Чаба; Гюманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Раджан, Винот Бабу Видин; Безарес-Кальдерон, Луис А .; Пиньейро-Лопес, Кристина; Рандел, Надин; Шахиди, Реза; Michiels, Nico K .; Ёкояма, сёдзо; Тессмар-Райбле, Кристин; Жекели, Гаспар (29 мая 2018 г.). «Цепи цилиарных и рабдомерных фоторецепторных клеток образуют измеритель спектральной глубины в морском зоопланктоне». eLife. 7. Дои:10.7554 / eLife.36440. ЧВК  6019069. PMID  29809157.
  13. ^ Род, Биргит (апрель 1992 г.). «Развитие и дифференциация глаза у Platynereis dumerilii (Annelida, Polychaeta)». Журнал морфологии. 212 (1): 71–85. Дои:10.1002 / jmor.1052120108. PMID  29865584. S2CID  46930876.
  14. ^ Arendt, D .; Tessmar-Raible, K .; Snyman, H .; Dorresteijn, A.W .; Виттбродт, Дж. (29 октября 2004 г.). «Цилиарные фоторецепторы с опсином позвоночного типа в мозге беспозвоночных». Наука. 306 (5697): 869–871. Bibcode:2004Наука ... 306..869A. Дои:10.1126 / science.1099955. PMID  15514158. S2CID  2583520.
  15. ^ Цукамото, Хисао; Чен, Ай-Шань; Кубо, Йошихиро; Фурутани, Юджи (4 августа 2017 г.). «Цилиарный опсин в головном мозге зоопланктона морских кольчатых червей чувствителен к ультрафиолету, и эта чувствительность регулируется одним аминокислотным остатком». Журнал биологической химии. 292 (31): 12971–12980. Дои:10.1074 / jbc.M117.793539. ISSN  0021-9258. ЧВК  5546036. PMID  28623234.
  16. ^ Рандел, Надин; Асадулина, Альбина; Безарес-Кальдерон, Луис А.; Верасто, Чаба; Уильямс, Элизабет А; Конзельманн, Маркус; Шахиди, Реза; Жекели, Гаспар (27 мая 2014 г.). «Нейрональный коннектом сенсорно-моторной цепи для визуальной навигации». eLife. 3. Дои:10.7554 / eLife.02730. ЧВК  4059887. PMID  24867217.
  17. ^ Jékely, Gáspár; Коломбелли, Жюльен; Хаузен, Харальд; Гай, Керен; Штельцер, Эрнст; Неделек, Франсуа; Арендт, Детлев (20 ноября 2008 г.). «Механизм фототаксиса в морском зоопланктоне». Природа. 456 (7220): 395–399. Bibcode:2008Натура.456..395J. Дои:10.1038 / природа07590. PMID  19020621.
  18. ^ Randel, N .; Bezares-Calderon, L.A .; Gühmann, M .; Shahidi, R .; Джекели, Г. (10 мая 2013 г.). «Динамика экспрессии и белковая локализация рабдомерных опсинов в личинках Platynereis». Интегративная и сравнительная биология. 53 (1): 7–16. Дои:10.1093 / icb / ict046. ЧВК  3687135. PMID  23667045.

внешние ссылки

Статьи на глубиномерах, размещенных Фонд Рубикон